Владимир Семёнович Каграманян - к.т.н., помощник генерального директора ГНЦ ФЭИ по инновационным технологиям в атомной энергетике.
Главная задача - переход на 238U
Вы не могли бы прокомментировать ситуацию с ураном, которая складывается в России? Достаточно ли у нас урана для работы нашей атомной энергетики?
Вопрос о том, достаточно или недостаточно урана, поднимается с самого начала развития ядерной энергетики. Мне кажется, что постановка вопроса звучит неправильно. Моя точка зрения состоит в том, что уран будут продолжать находить, и природного урана хватит на долгое время. Главный вопрос заключается в том, можно ли существовать на технологии, использующей мизерную часть (менее 1%) добываемого природного урана.
Если мы посмотрим на ресурсы природного урана, то при нынешнем использовании мизерной доли природного урана, в основном его изотопа 235 , нам придётся сказать - запасы урана уступают запасам нефти, и их в десять раз меньше, чем природного газа. На такой технологии не имеет смысла продвигать ядерную энергетику, ведь развившись и исчерпав ресурсы урана, она, в отличие от энергетики на органическом топливе, после себя оставит проблему отработавшего топлива.
Я бы ответил так - природного урана много. Наши проблемы носят технологический характер, потому что сегодня мы используем только мизерную часть урановых запасов. Подавляющая часть добываемого природного урана в виде изотопа 238 сегодня накапливается в основном в отвалах обогатительных производств и частично в ОЯТ. На такой технологии атомная энергетика не может развиваться долго и масштабно с целью замещения органического топлива.
Вы считаете, что необходимо обязательно переходить на реакторы-бридеры?
Бридеры, быстрые реакторы - это всё технические термины. Нам необходимо перейти на другое сырьё, а именно, на 238U, начинать его интенсивное использование. Мы должны перейти на такие технологии, которые позволяют, в свою очередь, перейти на 238U. Если мы сможем приступить к масштабному использованию этого изотопа, тогда появится смысл в существовании ядерной энергетики, так как будет полностью закрыта ресурсная проблема. Переход на 238U требует замыкания топливного цикла, что может одновременно содействовать и решению проблемы отходов.
Я бы не говорил конкретно о бридерах или быстрых реакторах. Я бы ставил вопрос так - нам нужны технологии перевода ядерной энергетики с преимущественного использования ограниченных ресурсов 235U на преимущественное использование 238U , запасы которого колоссальны. Это технологии переработки ОЯТ и многократного рецикла извлекаемого из ОЯТ плутония вместе с ураном 238 в реакторах с КВ больше 1. Сегодня продемонстрировано, что такое КВ достигается в быстрых реакторах, охлаждаемых натрием.
Когда нужно начинать ввод быстрых реакторов?
Мне кажется, быстровики допускают идеологическую ошибку. Они часто говорят так - вот когда кончится 235U или цены на него резко возрастут, тогда и появится потребность в быстрых реакторах. В этих условиях открытие новых запасов природного урана или снижение темпов развития атомной энергетики автоматически отдаляет время ввода быстрых реакторов.
Однако сегодня на пути масштабного развития атомной энергетики острее стоит проблема роста количества отработавшего топлива и отсутствия продемонстрированных решений окончательного обращения с ними. Если вы заметили, то в мире основной акцент делают теперь именно на поисках решения проблемы ОЯТ. Пока такое решение не продемонстрировано и продолжается накопление ОЯТ, вообще рискованно развивать ядерную энергетику.
Длительное хранение ОЯТ приводит с одной стороны, к потери энергетического потенциала плутония (до 15%) из-за распада изотопа плутоний-241, а с другой стороны к возникновению новых экологических проблем из-за накопления высокорадиотоксичного 241Am - продукта распада изотопа плутония-241.
Оказывается, что мы можем развивать и коммерциализировать быстрые реакторы, ориентируя их в начале на решение насущных проблем, связанных с накоплением и длительным хранением ОЯТ тепловых реакторов.
Коммерциализация подразумевает строительство малой серии
Кто может выступать потребителем плутония в результате химпереработки ОЯТ тепловых реакторов? У нас, как известно, есть только один реактор БН-600 и строится БН-800. Вы предлагаете использовать для рециклирования плутония эти два реактора? Но есть известная ситуация с 34 тоннами военного плутония, который тоже предполагается утилизировать в БН-800. Как мы сможем объединить эти два процесса?
Если бы задача освоения БН ставится с учетом экономики, то необходимо говорить о коммерциализации БН. Она предполагает строительство не одного блока, а малой серии, а также завода по изготовлению топлива.
Мы дошли сейчас до ситуации, когда мы в состоянии коммерциализировать направление БН, то есть, довести этот реактор до коммерческого состояния. При этом не надо дожидаться, когда уран подорожает или когда уран-235 исчерпается. Наши оценки показывают, что быстрые реакторы в ограниченном количестве уже сегодня могут выполнять важнейшую для системы атомной энергетики миссию - решить проблему накопления ОЯТ тепловых реакторов и минимизировать количество 241Am в топливном цикле.
Для этого необходимо построить малую серию БН - до 10% от общей мощности атомной энергетики. В масштабах России это 4-10 ГВт(эл.) до 2030 года, в зависимости от количества новых АЭС с ВВЭР. Топливом для этих реакторов может быть плутоний, полученный в результате переработки ОЯТ всех ВВЭР! Всех, повторяю, потому что из 10 ВВЭР можно получить количество плутония, достаточное для загрузки одного БН. В этой серии один реактор типа БН-800 можно было бы спокойно переориентировать на выполнение миссии по оружейному плутонию.
А мы сможем справиться с двумя задачами одновременно - начать работы по замыканию топливного цикла и утилизацию оружейного плутония?
Это не представляет принципиальной сложности. Если вы решаете энергетическую задачу коммерциализации быстрых реакторов, то основным направлением на начальном этапе станет переработка ОЯТ тепловых реакторов. Нам потребуется выйти на мощный завод типа РТ-2, обслуживающий весь парк тепловых реакторов и дающий 10-20 тонн плутония в год. В этом балансе оружейный плутоний будет составлять небольшую часть.
А заводы? Завод по изготовлению МОКС топлива для БН будет один и для энергетического, и для оружейного плутония?
Завод по изготовлению MOКС-топлива для реакторов БН мог бы быть один. Нет никаких проблем использовать его линии для фабрикации топлива с оружейным плутонием, эта задача технологически станет даже более лёгкой, чем фабрикация топлива с энергетическим плутонием.
Политики не поспевают за учёными
Вы упомянули MOКС-топливо. Но, с другой стороны, идёт много разговоров о нитридном топливе. Каково Ваше мнение об этом направлении?
Вы знаете, я сам научный работник, исследователь, мне всегда было интересно что-то изучать. И чем проблема сложнее, тем больше работ и интереснее в ней копаться. Но сейчас я понимаю, что учёные могут настолько увлечься своими частными сложными долгосрочными задачами, не обращая внимание на решение более простых, но насущных проблем развития атомной энергетики.
Политиков больше всего интересует результат, а исследователей интересуют проблемы. Нашей проблемой стало то, что мы всегда были зациклены на проблемах и не думали о результате.
Если идти поэтапно, то каждая задача имеет несколько стадий - обоснование теоремы существования, НИОКР, демонстрация работоспособности, коммерциализация. Перескакивать через стадии и давать при этом обещания означает блефовать.
Для MOКС-топлива сегодня мы можем довести проекты до коммерческого уровня и на основе этой технологии решить важную миссию по утилизации в реакторах БН выделяемого плутония ОЯТ тепловых реакторов Что до нитридного топлива, то надо продолжать исследования. Если на нитридном топливе у нас успешно пройдёт демонстрация работоспособности и все его заявленные свойства будут доказаны, то только после этого мы сможем осознанно рассуждать на тему, нужно нам такое направление или не нужно.
Самая большая ошибка научного работника - если он с самого начала, ещё на бумажном этапе, начинает убеждать политиков в том, что новые направления лучше имеющихся. В результате, создаётся серьёзнейшая кризисная ситуация, поскольку политики перестают понимать, о чём идёт речь. Такие понятия, как MOКС- или нитридное топливо, для политиков не более чем абстракция. Им трудно разобраться в том, какому направлению следует отдать предпочтение - хорошему или лучшему?
Но нитрид действительно лучше оксида по своим характеристикам, таким как КВ.
Да, он лучше. Но надо сначала его освоить! Он должен быть освоен и проверен на реакторах, должен доказать свою работоспособность, должен появится "нитридный" экономичный топливный цикл. Освоение топлива должно включать в себя ответы на многие вопросы - где его делать, откуда его брать и как с ним поступать после использования в реакторе? После того, как все эти цепочки будут пройдены, у нас появятся аргументы для выбора.
По оксидному топливу мы должны понять, что его технологии уже существуют. MOКС-топливо в мире активно используется в тепловых реакторах. Переработка MOКС-топлива также была проверена во Франции. Вопрос на сегодняшний день стоит так - какие-то части этой технологии нужно продемонстрировать, а какие-то довести до коммерческого уровня.
Перспективные направления в области замкнутого топливного цикла , которые находятся на стадии НИОКР - нитридное топливо, вибротопливо, сухие методы переработки ОЯТ - все это, если у нас есть деньги, нужно обосновать на экспериментальном уровне для них весь цикл и после этого переходить к вопросам демонстрации и коммерциализации.
Потенциально или на бумаге, улучшение характеристик для новых топлив и технологий есть. Однако встаёт вопрос о том, нужны ли такие характеристики, например большее значение КВ, уже сегодня и какую цену нужно заплатить?
Для этого необходимо рассмотреть, как характеристики первых быстрых реакторов будут влиять на всю систему атомной энергетики. В этом случае вы поймёте, что топливные характеристики всей системы атомной энергетики долгое время - по крайней мере, до 2050 года - будут определяться скорее характеристиками тепловых, а не быстрых реакторов. Последние должны пройти этапы коммерциализации и интенсивного роста мощностей с тем, чтобы по суммарной мощности хотя бы сравняться с тепловыми реакторами. Ключевыми факторами успеха здесь будут экономические показатели первых быстрых реакторов, их безопасность и надёжность.
Французы и японцы попали в ловушку
Вы упомянули Францию. Но у французов есть свой подход к использованию плутония, они загружают его в свои легководники (REP). Как Вы комментируете такой подход?
Мне жалко французов, попавших в настоящую ловушку.
Во Франции развивались быстрые реакторные технологии и технологии переработки ОЯТ. Был построен завод по химпереработке ОЯТ тепловых реакторов и быстрый реактор "Суперфеникс". Намечалось строительство новых АЭС с быстрыми реакторами для утилизации плутония выделяемого из ОЯТ тепловых реакторов. Всё шло в этом направлении, но в 80-ых годах в Европе начали стабилизироваться потребности в электричестве за счёт повышения эффективности энергопотребления. Отпала необходимость в дальнейшем наращивании мощностей. В результате, перед французами встала задача, что делать с выделяемым плутонием?
Простое накопление выделенного плутония, как в Англии и СССР (на РТ-1) было признано нецелесообразным. Тогда возникла следующая идея - чтобы сохранить людей и технологии, MOКС-топливо можно начать использовать в существующих легководных реакторах, тем более, что эту технологию уже продемонстрировала соседняя Бельгия.
Что дало Франции использование MOКС-топлива в тепловых реакторах? Склады ОЯТ стало возможным уменьшить в разы! Всё перерабатывается, и плутоний сразу же используется. Но задача по переработке ОЯТ MOКС-топлива оказывается теперь сложнее. Там деградированный изотопный состав плутония, который труднее рециклировать в тепловых реакторах. Одновременно с этим возникло понимание того, что в МОКС ОЯТ значительно больше содержание младших актинидов, чем в ОЯТ уранового топлива..
Имейте в виду - помещая MOКС-топливо в тепловые реакторы, вы сжигаете половину накопленных 239Pu и 240Pu, являющихся ценным топливом для быстрых реакторов и "не портящихся" при длительном хранении. В то же время, количество 241Pu в начале и конце кампании в тепловых реакторах не меняется, а значит, экологическая проблема, связанная с накоплением изотопа 241Am при длительном хранении ОЯТ в случае с МОКС будет такой же, как и в случае урановых ОЯТ.
Если в свежем урановом ОЯТ масса америция невелика и он появляется только после длительного хранения, то в результате использования MOКС-топлива у вас сразу образуются значительные массы америция. Теперь встаёт задача - что же делать с MOКС-ОЯТ? Плутоний можно будет использовать в быстрых реакторах. А что делать с огромными количествами 241Am? Отсюда понятен интерес к различным идеям специализированных реакторов-выжигателей младших актинидов.
Абсолютно в такую же ловушку сейчас попадают японцы. Сегодня им не нужны новые реакторы, будь то тепловые или быстрые. Они десятками останавливают свои атомные блоки на ППР и по другим причинам и спокойно переживают такие моменты. Долгое время они не будут вести массового строительства АЭС. Они понимают, что быстрые реакторы - это основа будущего. Но переработку ОЯТ тепловых реакторов они, так же как и французы, запустили ещё до того, как у них появились быстрые реакторы.
На политическом уровне Япония всегда утверждала, что не будет накапливать выделенный плутоний. В такой ситуации естественным выходом для них становится использование MOКС-топлива в тепловых реакторах. На вопрос, зачем же идти в тупик, они отвечают просто - а что мы ещё можем сделать в сложившейся ситуации?
Госдеп и DoE не нашли общего языка
А американцы?
У американцев есть свои собственные тараканы. У них впереди маячит ловушка иного рода. Когда они поняли, что проблема захоронения ОЯТ не решается простыми путями, им пришлось искать дополнительные варианты. Они перебрали всё возможное, включая ускорители, но, в конце концов, вернулись к быстрым реакторам как самому реалистичному пути.
В Америке говорят сегодня о необходимости развития быстрых реакторов для выжигания накапливаемых тепловыми реакторами масс плутония и младших актинидов, потому что этого вещества у них накоплено достаточное количество…
Простите, это часть инициативы GNEP?
Да. Появляется идея быстрого реактора-выжигателя трансуранового топлива, включая 241Am. До недавнего времени американцы тему переработки ОЯТ и рециклирования плутония в быстрых реакторах не рассматривали всерьёз.
Когда США и Россия только начали переговоры по соглашению об утилизации избыточного оружейного плутония, американская сторона предполагала плутоний просто закопать - иммобилизовать. Но Россия и европейские государства начали доказывать, что существует более практическое решение этой проблемы - энергетическая утилизация плутония в реакторах.
В то время, напомню, американцы о рецикле не думали. А уж то, что у нас будут строиться новые быстрые реакторы, американцам и в голову не могло прийти, потому что мы тогда разваливались и стояли с протянутой рукой, выпрашивая буквально каждую копейку. В результате, они согласились на MOКС-топливо в легководных реакторах. Что касается России, то руководство нашей страны, к счастью, отказалось от этого пути.
Сегодня разговаривать с американскими специалистами "смешно и грустно". С одной стороны, они поняли важность развития быстрых реакторов для решения проблемы плутония и младших актинидов, говорят о выжигании, инициативе GNEP, быстром реакторе-выжигателе. С другой стороны, они запустили программу по утилизации 34 тонн оружейного плутония в легководных реакторах, что приведёт к увеличению количества младших актинидов в США и новым отложенным проблемам уже с МОКС-ОЯТ.
Всё дело в том, что вопросами обращения оружейного плутония и ОЯТ в США занимаются разные ведомства. Сами американцы понимают, что они выглядят сегодня достаточно странно, но процесс запущен, и преодолеть консервативность мышления непросто.
Более того, они собираются увеличить свою квоту утилизируемого плутония.
Да, это результат несогласованности действий различных ведомств Соединённых Штатов.
То есть, госдеп и DoE не могут найти общего языка?
Именно так. Одни люди считают самым важным решение проблемы оружейного плутония, другие полагают главным избавление от отходов. И эти группы никак не связаны друг с другом!
СВБР и БРЕСТ должны доказать свою значимость
Если позволите, я задам Вам несколько вопросов на другую тему. Как Вы относитесь к такому проекту как свинцово-висмутовый реактор СВБР?
Я отношусь к СВБР спокойно. И как системщик говорю так - давайте сначала продемонстрируем эту реакторную технологию, покажем её возможность и преимущества практического применения. Только после этого можно будет сказать, есть ли у СВБР перспективы или нет.
А какое место подобные установки могут занимать в атомной энергетике?
СВБР может стать первым модульным реактором, поскольку свинцово-висмутовое направление начиналось, как известно, сразу как модульное направление. Но модульными могут быть и другие типы реакторов.
СВБР не закрывает кому-либо модульное направление. Просто свинцово-висмутовые технологии пошли по модульному пути, в отличие от быстрых натриевых реакторов. По перспективам СВБР могу сказать, что этот реактор может оказаться полезным для региональной энергетики. Но ещё раз повторяю, давайте сначала покажем, что технология работает, и только в случае успеха станем говорить, как это замечательно, но не наоборот.
Понятно. Видимо, по свинцовому направлению Ваше мнение окажется точно таким же?
Абсолютно такое же. Только свинцовым реакторам ещё требуется получить экспериментальные доказательства теоремы своего существования. Главная проблема НИКИЭТ заключается, на мой взгляд, в том, что он хочет без доказательств сразу перепрыгнуть в стадию коммерциализации, иными словами, сделать скачок на пустом месте, исключительно за счёт "политической воли" и административных мер.
Это, на мой взгляд, было бы крупной ошибкой. Следовало бы исходно сосредоточиться на экспериментальном обосновании свинцовых технологий и построить небольшой реактор. Только в этом случае, у свинца может быть будущее.
Спасибо за интервью для сайта AtomInfo.Ru.
ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru
ДАТА: 03.08.2007
Темы: АЭС, MOX-топливо, ОЯТ, Владимир Каграманян, БН
